化工原理-第十一章干燥4142學(xué)時

第十一章固體物料的干燥

通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握干燥的基本概念和原理；濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖；干燥過程的物料衡算與熱量衡算方法；干燥過程的平衡關(guān)系與速率關(guān)系。了解干燥時間的計算；干燥設(shè)備的類型及結(jié)構(gòu)特點。學(xué)習(xí)目的與要求11.1干燥過程概述

11.1.1干燥的原理與應(yīng)用第十一章固體物料的干燥一、干燥過程的原理氣、固相中所含濕分的不同分離物系固體中的濕分形成兩相體系的方法引入一氣相（干燥介質(zhì)）傳質(zhì)原理（固相＋氣相）固體物料干燥過程濕物料熱空氣氣膜氣相主體Q

推動力t-twN

推動力pw-p二、干燥過程的應(yīng)用應(yīng)用示例濕聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯產(chǎn)品濕尿素干燥成尿素產(chǎn)品含水量3%含水量

≤0.5%干燥含水量2%含水量

≤0.3%干燥化工生產(chǎn)中的許多固體物料在去濕前往往是懸浮液、糊狀體或膠狀物。為了便于進一步的加工、運輸、貯藏和使用，必須去濕。目的舉例貯存藥品濕含量有效期

運輸粉煤含水量凈煤運輸量運費加工塑料原體含水量成型時產(chǎn)生氣泡

使用染料或紙張水分不一

產(chǎn)量產(chǎn)品水分過低，產(chǎn)量(值)

機械去濕

吸附去濕供熱干燥去濕物料帶有很多水分時，采用擠壓、過濾等機械法除去大量水分。在維持較干燥物料所需的較低濕度下，用CaCl2、硅膠或濃H2SO4等具有很低平衡水汽分壓的干燥劑與物料置于同一個密閉容器中，吸附物料汽化的濕分和容器中的濕分。向物料提供熱量，用以氣化其中的濕分，并設(shè)法移去已經(jīng)氣化了的濕分。這正是本章的重點內(nèi)容。供熱干燥的分類傳熱方式傳導(dǎo)

干燥對流

干燥

輻射

干燥介電（微波）加熱干燥干燥消耗的能量占我國總能量消耗的10%，發(fā)達國家占13%~20%。1.傳導(dǎo)干燥缺點：物料層各處受熱不均，內(nèi)側(cè)可能因過熱而變質(zhì)。優(yōu)點：熱利用率高；壓料輥料漿蒸汽通入管及冷凝液排出管的安置位置干物料滾筒干燥器2.輻射干燥（紅外線干燥）輻射到濕物料表面的輻射能→熱能（靠導(dǎo)熱向物料內(nèi)部傳遞）→氣化濕分。優(yōu)點：強度比導(dǎo)熱、對流干燥大十幾倍；缺點：電耗大。工業(yè)用輻射器電能—專門發(fā)射紅外線的燈泡。熱能—用熱金屬板或陶瓷輻射板產(chǎn)生紅外線。如：將空氣和煤氣混合物沖在白色陶瓷輻射板上進行無煙燃燒，使板面達400-500℃時產(chǎn)生大量紅外線。3.介電（微波）加熱干燥在高頻電場的交變作用下，物料被加熱除濕。工業(yè)和科研用微波加熱頻率為：

9.15GHz和24.5GHz。＜3000MHz—高頻加熱3000MHz~3103GHz—超高頻加熱

(微波加熱)高頻電場頻率介電干燥與其它干燥間的比較濕分分布與溫度分布方向相反，表面易干結(jié)XT濕分分布與溫度分布方向一致，濕分易去除XT其它干燥介電干燥4.對流干燥干燥介質(zhì)與物料間有相對流動，料在流動中相互碰撞松散(破碎)傳熱、傳質(zhì)表面積。干燥介質(zhì)往往采用加熱的空氣，以對流傳熱的方式將熱傳遞給濕物料汽化其中的濕分，內(nèi)部濕分擴散至物料表面，汽化蒸汽從物料表面擴散至干燥介質(zhì)主體后被介質(zhì)帶走。干介與物料間流動情況例圖設(shè)備從物料表面掠過托盤上的物料從顆粒間穿過將顆粒吹動(涌動)沸騰床固定床轉(zhuǎn)筒(帶抄板)顆粒下落(氣流橫穿)噴霧干燥器顆粒下落(氣流上吹)將顆粒吹起(同向流動)氣流床流態(tài)化對流干燥同時傳遞熱量和質(zhì)量傳熱推動力：干介與物料的溫度差；傳質(zhì)推動力：物料與干介的濃度差(蒸汽的分壓差)。

熱、質(zhì)傳遞方向相反。干介于過程中降溫增濕。QNtitppi濕分除熱空氣外，還可以用煙道氣或其它高溫氣體作干燥介質(zhì)。當脫除的濕分是易燃/爆的有機氣體，用N2作干介。供熱干燥的其它操作分類還有：常壓工業(yè)普遍采用；真空∵P濕份的ts物料受熱，∴適于熱敏性、易氧化、含濕量低物料。操作壓強連續(xù)生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，熱效率，勞動條件好；間歇適用于小批量、多品種或要求緩慢干燥的物料操作方式三、干燥過程與其他除濕方法的比較工程中的常用除濕方法

機械除濕

物理除濕

利用熱能除濕干燥除濕的特點

除濕徹底

能耗高為節(jié)能工業(yè)上多采用聯(lián)合除濕機械除濕干燥除濕沉降過濾離心吸附干燥11.1干燥過程概述

第十一章固體物料的干燥11.2.1濕空氣的性質(zhì)11.2濕空氣的性質(zhì)及濕度圖

一、濕度H(濕含量)干燥介質(zhì)干燥濕分計算基準濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比定義濕空氣水分1kg絕干氣kg水汽/kg絕干氣H符號單位kg

/kg絕干氣常壓下濕空氣可視為理想氣體一、濕度H(濕含量)水汽的分壓總壓濕空氣中水汽與絕干氣的摩爾比濕空氣被水所飽和若飽和濕空氣一、濕度H(濕含量)空氣溫度下純水的飽和蒸汽壓二、相對濕度濕空氣中水汽分壓與同溫度水的飽和蒸汽壓之比％定義符號單位～干燥能力吸收水分能力～～干燥速率傳質(zhì)推動力～p

=0

=0

絕干空氣p=ps

=100％飽和空氣二、相對濕度分析三、比體積vH以1kg絕干氣為基準的濕空氣的體積m3濕空氣/kg絕干氣定義符號單位設(shè)濕空氣的溫度為t濕空氣的濕度為H濕空氣的總壓力為p總?cè)?、比體積vH四、比熱容cH常壓下將以1kg絕干氣為基準的濕空氣的溫度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量kJ/(kg絕干氣·℃)

定義符號單位設(shè)濕空氣的濕度為H則絕干氣比熱容水汽的比熱容在常用溫度范圍內(nèi)

cg=1.01kJ/(kg絕干氣·℃)cv=1.88kJ/(kg水汽·℃)

四、比熱容cH故有

五、焓IkJ/kg絕干氣以1kg絕干氣為基準的濕空氣的焓值則定義符號單位絕干氣的焓值為Ig水汽的焓值為Iv設(shè)濕空氣的溫度為t濕空氣的濕度為H以0℃為基準設(shè)五、焓I則

六、溫度1.干球溫度與濕球溫度

用普通溫度計直接測得的濕空氣的溫度，稱為干球溫度，簡稱溫度，以t表示。它是濕空氣的真實溫度。(1)干球溫度

t(2)濕球溫度tW

用濕球溫度計測得的濕空氣的溫度，稱為濕球溫度。濕球溫度可度量濕空氣的濕度大小。濕球溫度計示意圖不飽和濕空氣

水接觸

水分汽化:向氣相主體傳遞(汽化熱為水分本身溫度降低放出顯熱)熱量傳遞

濕度差

質(zhì)量傳遞

溫度差

熱量由氣相主體傳遞給水分(氣相近似不變)達平衡狀態(tài)

t＝tw

溫度維持不變

六、溫度濕球溫度的測量機理(3)濕球溫度與干球溫度及濕度的關(guān)系濕空氣的干球溫度為t濕空氣的濕度為H設(shè)濕空氣的濕球溫度為tw氣膜中飽和濕度為Hs,tw傳熱速率為

J/s傳質(zhì)速率為

kg/s六、溫度穩(wěn)態(tài)下

聯(lián)立得

測定

t、tw

濕度

H

未飽和濕空氣t>tw

飽和濕空氣t=tw

六、溫度不飽和濕空氣

水絕熱狀態(tài)接觸

水分汽化:向氣相主體傳遞(汽化熱為水分本身溫度降低放出顯熱)熱量傳遞

飽和濕空氣濕度差

質(zhì)量傳遞

溫度差

熱量由氣相主體傳遞給水分(氣相溫度下降－絕熱冷卻)達飽和狀態(tài)

t＝tas

H＝Has

＝100％

2.絕熱飽和冷卻溫度tas(濕空氣降溫、增濕至飽和時的溫度）六、溫度絕熱飽和冷卻塔示意圖1－塔身2－填料3－循環(huán)泵絕熱狀態(tài)絕熱飽和溫度與干球溫度及濕度的關(guān)系未飽和濕空氣的焓飽和濕空氣的焓絕熱過程六、溫度因為H、Has值很小整理得通常比較得六、溫度不飽和濕空氣

飽和濕空氣等濕下冷卻達飽和狀態(tài)

t＝td

H＝Hs,td

＝100％

t～ps～示例：露珠的